11α Κατασκευαστικά πρότυπασχεδίασης

Τεχνολογία Λογισμικού

Σχολή Hλεκτρολόγων Mηχανικών & Mηχανικών YπολογιστώνΕθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Χειμερινό εξάμηνο 2017‐18

Δρ. Κώστας Σαΐδης ﴾saiko@di.uoa.gr﴿

Κατασκευαστικά πρότυπα σχεδίασηςΠρότυπα σχετικά με την κατασκευή αντικειμένων / στιγμιοτύπων

2

Περιεχόμενα1. Singleton

2. Factory Method3. Abstract Factory4. Builder5. Object Pool

6. Prototype

3

SingletonΣκοπός: Να διαφυλάξει ότι μια κλάση έχει μόνο ένα στιγμιότυπο﴾και να προσφέρει την πρόσβαση σε αυτό﴿

4

ΠαράδειγμαEager initialization

public class Configuration {  private static final Configuration c = new Configuration();  private Configuration() {    ...  }  public static Configuration getInstance() {    return c;  }}

Από το repo του μαθήματος

5

Lazy initialization

public class Configuration {  private static Configuration c;    private Configuration() {    ...  }  public static Configuration getInstance() {    if (c == null) {      synchronized(Configuration.class) {        if (c == null) {          c = new Configuration();        }      }    }    return c;  }}

6

Πραγματικό παράδειγμα ﴾JVM Runtime﴿http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Runtime.html#getRuntime‐‐

7

ΣυζήτησηΤο singleton πρότυπο εξυπηρετεί όταν θέλουμε ένας"ευαίσθητος" για την εφαρμογή πόρος να αρχικοποιείταιμόνο μία φορά ﴾π.χ. configuration file reader, data accesshandler, κλπ.﴿Προβληματική κληρονομικότητα ﴾λόγω του privateconstructor﴿

Απαιτείται προσεκτική και "φειδωλή" εφαρμογή τουπροτύπου

8

Factory Method & Abstract FactoryΣκοπός: Να αποκρύψουν τις λεπτομέρειες δημιουργίας"συγγενών" στιγμιοτύπων

9

Factory Method ﴾aka Virtual constructor﴿Ένα πρόσθετο επίπεδο ανακατεύθυνσης / αφαίρεσης ﴾level ofindirection﴿ στην απευθείας εκτέλεση ενός κατασκευαστή﴾constructor﴿.

Η κλάση ‐ χρήστης βασίζεται στον τύπο των στιγμιοτύπων καιόχι σε συγκεκριμένη κλάση ﴾concrete class﴿.

10

Παράδειγμαabstract class MVCResource { //controller  abstract User createUser(HttpRequest req)  void doService(HttpRequest req, HttpResponse res) {    User user = createUser(req)    Template tpl = Helper.getTemplateFrom(req)  //view    Context ctx = Helper.createContextFrom(req) //model    tpl.render(user, ctx, res)  }}

11

class PublicResource extends MVCResource {  User createUser(req) {       String id = req.getCookie().get("session‐id")    if (id) {      User user = SessionDB.getUserFrom(id)      if (user) {        return user //for logging purposes      }    }        return User.ANONYMOUS;  }  }

12

class ProtectedResource extends MVCResource {  User createUser(req) {    String id = req.getCookie().get("session‐id")    if (id) {      User user = SessionDB.getUserFrom(id)      if (user && user.isAuthorizedFor(this)) {        return user       }    }        throw new AuthorizationException("Not authorized")  }}

13

ΣυζήτησηΧρήση του προτύπου:

όταν μια κλάση δεν μπορεί να "ξέρει πλήρως" τι στιγμιότυπαθα δημιουργηθούνόταν μια κλάση "θέλει" να μεταθέσει την αρμοδιότηταδημιουργίας στιγμιοτύπων σε υποκλάσεις της

όταν μπορεί να προκύψει σφάλμα ﴾exception﴿ εντός τωνκατασκευαστών ﴾constructors﴿ ώστε να αποφευχθούν"ασυνεπή" στιγμιότυπα

14

Abstract FactoryΈνα interface δημιουργίας "συγγενών" στιγμιοτύπων

15

Παράδειγμαclass ShopingCart { 

  private final List<Product> = new ArrayList()

  static Map<String, ProductFactory> factories = [    "Tablet": new TabletFactory(),    "Mobile": new MobileFactory()  ]

  void addProduct(HttpRequest req) {    String family = req.getParameter("family")    ProductFactory factory = factories.get(family)    if (factory) {      products.add(factory.newProduct(req))    }    else {      throw new BadRequestException("Invalid product family")    }  }}

16

interface ProductFactory {   Product newProduct(HttpRequest req)}

class TabletFactory implements ProductFactory {  Product newProduct(HttpRequest req) {    //process req    return new Tablet(...)  }}

class MobileFactory implements ProductFactory {  Product newProduct(HttpRequest req) {    //process req    return new Mobile(...)  }}

17

interface Product {   ...}

class Tablet implements Product {  ...}

class Mobile implements Product {  ...}

18

ΣυζήτησηΧρήση του προτύπου:

όταν μια κλάση είναι ανεξάρτητη του πώς δημιουργούνται ήαναπαρίστανται τα "στοιχεία" που συνθέτει

όταν μια κλάση θα "αποφασίσει" στο runtime τι στιγμιότυπαπρέπει να δημιουργηθούν

19

Πραγματικό παράδειγμα ﴾XML Parsing﴿https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/javax/xml/parsers/DocumentBuilderFactory.html#newInstance‐‐

20

BuilderΣκοπός: Να απλοποιήσει τη δημιουργία σύνθετων αντικειμένων﴾που απαιτούν πολλές παραμέτρους﴿

21

ΠαράδειγμαSomething s = new BuilderOfSomething().                  setAnOption(1).                  setAnother("x").                  setAFlag(false).                  build();

22

Η υλοποίησηclass BuilderOfSomething {  private Something s;    BuilderOfSomething() {    s = new Something();  }    BuilderOfSomething setAnOption(int option) {    s.setInt(option);    return this; //allows chaining of calls  }    BuilderOfSomething setAnother(String option) {    s.setString(option);    return this;  }      ...    Something build() {    return s;  }} 23

Πραγματικό Παράδειγμα ﴾Guava Cache﴿Cache<String, X> cache = CacheBuilder.    newBuilder().    maximumSize(100).    expireAfterWrite(1, TimeUnit.MINUTES).    removalListener(    new RemovalListener<String, X>() {      @Override      void onRemoval(RemovalNotification<String, X> n) {        ...      }    }).    build()

24

If you have a procedure with ten parameters, you probablymissed some.

Alan Perlis

25

ΣυζήτησηΑποφυγή κατασκευαστών με πολλές παραμέτρους ﴾>6﴿Επιλογή του χρήστη ποια παράμετρο θα θέσει ρητά ﴾οιυπόλοιπες θα πάρουν κάποια default τιμή﴿

Η "κατασκευαστική" διαδικασία πρέπει να υποστηρίζειδιαφορετικές "αναπαραστάσεις" για τα αντικείμενα υπόκατασκευή

26

Object PoolΣκοπός: Να διατηρήσει "ζωντανά" σε μια μορφή ενδιάμεσηςμνήμης ﴾cache﴿ αντικείμενα των οποίων η κατασκευή είναι"ακριβή"

27

ΣυζήτησηThread Pools, Connection Pools, κτλ.Μοτίβο borrow & return.Εκ των προτέρων κατασκευή συγκεριμένου πλήθουςαντικειμένων που επαναχρησιμοποιούνται αντί νακατασκευάζονται και να καταστρέφονται σε κάθε χρήση.

Άνω όρια στη δέσμευση πόρων ﴾αποφυγή επιθέσεων τύπουDenial‐Of‐Service﴿.Μικρά όρια μπορεί να μειώσουν την απόδοση.

28

ΠαράδειγμαDatabase Connection Pool στο repo του μαθήματος

https://github.com/saikos/softeng17b/blob/master/src/main/java/gr/ntua/ece/softeng17b/data/DataAccess.java

29

Thread Pools ﴾Java 5+ Executors﴿java.util.concurrent.Executors

static ExecutorService newCachedThreadPool()

static ExecutorService newFixedThreadPool()

30

Από το Javadoc

newFixedThreadPool﴾﴿

Creates a thread pool that reuses a fixed number of threadsoperating off a shared unbounded queue. At any point, at most nthreads will be active processing tasks. If additional tasks aresubmitted when all threads are active, they will wait in the queueuntil a thread is available. If any thread terminates due to a failureduring execution prior to shutdown, a new one will take its place ifneeded to execute subsequent tasks. The threads in the pool willexist until it is explicitly shutdown.

31

newCachedThreadPool﴾﴿

Creates a thread pool that creates new threads as needed, but willreuse previously constructed threads when they are available.These pools will typically improve the performance of programsthat execute many short‐lived asynchronous tasks. Calls toexecute will reuse previously constructed threads if available. If noexisting thread is available, a new thread will be created and addedto the pool. Threads that have not been used for sixty seconds areterminated and removed from the cache. Thus, a pool that remainsidle for long enough will not consume any resources.

32

PrototypeΣκοπός: Δημιουργία νέου στιγμιοτύπου από την "αντιγραφή"ενός υπάρχοντος

33

Java Cloneablehttp://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Object.html#clone﴾﴿

34

ΠαράδειγμαShallow cloning vs deep cloning

https://programmingmitra.blogspot.gr/2016/11/Java‐Cloning‐Types‐of‐Cloning‐Shallow‐Deep‐in‐Details‐with‐Example.html

35

Copy Constructor patternΕναλλακτική στο cloning

public Person(Person original) {    this.id = original.id + 1;    this.name = new String(original.name);    this.city = new City(original.city);}

36